1. Ч ирп компрессия

Если искусственно создать импульс, вдоль которого частота будет линейно меняться (скажем, передний фронт будет "окрашен" в синий цвет, а задний – в красный), то при прохождении через линию задержку с дисперсией оптический импульс станет сжиматься, поскольку головная "синяя" часть импульса в среде с нормальной дисперсией движется с меньшей групповой скоростью, чем хвостовая "красная", которая по мере движения всё больше догоняет переднюю, что и ведёт к сокращению импульса. Или, напротив, частоту несущей в импульсе можно линейно повышать (головная часть импульса содержит низкие частоты, а хвостовая – высокие). Тогда при пропускании импульса через линию задержки с аномальной дисперсией, где синие волны движутся быстрее красных, хвостовая высокочастотная часть импульса будет догонять переднюю высокочастотную, вызывая сокращение импульса. Такие частотно-модулированные сигналы, вдоль которых частота линейно меняется, называют чирпированными.

 Для сжатия импульсов до длительности меньше исходной применяют метод чирпирования на основе эффекта самомодуляции фазы (сокращённо – СМФ или ФСМ). Этот нелинейный эффект основан на том, что в сильных оптических полях показатель преломления среды n начинает зависеть от амплитуды электрического поля Е₀ и пропорциональной ей интенсивности излучения I~Е₀^2.

При прохождении нелинейной среды световые волны на вершине импульса, где интенсивность I излучения максимальна, движутся с пониженной фазовой скоростью c/n, поскольку для такой интенсивности показатель преломления n=n₀+n₂Е₀² максимален, тогда световые волны у подножия импульса движутся в среде с фазовой скоростью близкой к номинальной c/n₀, поскольку на краях импульса интенсивность излучения нулевая. Из-за того, что на вершине импульса гребни волн отстают и отползают к заднему фронту, в хвостовой части импульса гребни световых волн уплотняются (длина волны сокращается), скапливаются (частота света повышается), а в головной части импульса, они напротив расходятся, разрежаются (длина волны растёт и частота понижается). В итоге импульс напоминает кузнечные меха или меха гармони, где нередко складки, гребни скапливаются с одной стороны, а с другой – расходятся.

Каждый фазомодулированный сигнал можно рассматривать как частотно-модулированный. И действительно, как видели, сигнал оказывается частотно-модулированным, чирпированным: его головная часть содержит более длинные волны ("окрашена в красный цвет"), а хвостовая содержит более короткие волны ("окрашена в синий"), и в окрестностях вершины импульса частота меняется вдоль импульса почти линейно. Причём, что очень существенно для компрессии, при чирпировании импульса его длительность не изменилась.

 Пропустив такой чирпированный импульс через дисперсионную среду, его длительность можно существенно сократить, то есть осуществить компрессию. Легко видеть, что дисперсия такой линии задержки должна быть для этого аномальной: длинные волны должны двигаться медленней коротких, в отличие от сред с нормальной дисперсией, где красные лучи опережают синие. 

2. Р МДР

В режиме модулированной добротности резонатора кинетика лазерной генерации выглядит совершенно по другому. Её идеализированный вариант представлен на рисунке ниже.

Принципиальным отличием является тот факт, что в исходном состоянии добротность резонатора искусственно понижена (затвор закрыт), а порог генерации соответственно задран. Соответственно, если в режиме свободной генерации инверсная населённость способна лишь немного превышать порог генерации, а её дальнейший рост сдерживает развивающаяся генерация, то в режиме модулированной добротности резонатора возможно запасание в активной среде гораздо большего количества энергии:

В момент включения накачки t₁ добротность резонатора искусственно снижена и уровень инверсной населенности может значительно превышать порог генерации.

В момент времени t₂ происходит открытие затвора, приводящее к восстановлению добротности резонатора и резкому падению порога генерации. При этом инверсная населенность в активной среде оказывается значительно выше пороговой, что приводит к очень быстрому развитию генерации и резкому выплеску запасенной в активной среде энергии в виде одиночного мощного импульса с характерной длительностью 10-100 нс. Такой режим работы называют режимом «гигантского импульса» или «моноимпульсным режимом».